¿Para qué sirve el diodo en la puerta del JFET en este oscilador Hartley?

Question

Se trata de una pregunta complementaria a otra que formulé hace unos días ( Pregunta original JFET Hartley ). Después de hacer los cambios sugeridos en los comentarios (es decir, cambiar Rd/R3 a 270 ohmios, en lugar de 270k) y algunos ajustes básicos de polarización, finalmente conseguí que el circuito oscilara en la placa.

Sin embargo, en el extremo superior del rango de sintonización (alrededor de 2 MHz), noté que la onda sinusoidal estaba distorsionada. No muy distorsionada, pero tenía la parte superior plana y una forma de onda ligeramente quebrada. Me pareció que el diseño era adecuado y me puse a buscar otros problemas en el circuito, recurriendo a diseños JFET similares (¡algo que probablemente debería haber hecho al principio!).

El circuito modificado que se me ocurrió fue el siguiente:

La onda sinusoidal resultante era muy buena, con poca distorsión en todo el rango de sintonización. Pero, el cambio más eficaz fue la introducción de D1 en la puerta del JFET. No he tenido mucha suerte buscando una explicación decente de por qué este diodo hace la diferencia.

Lo mejor que pude encontrar fue este fragmento de J Carr:

Todo muy bien, pero ¿cómo "limpia la señal" exactamente?

Answer 1

A mí me parece que el diodo está ahí para desplazar el nivel de CC de la señal acoplada a la puerta, de modo que los picos positivos estén sólo una gota de diodo por encima de tierra. Eso hace que los picos negativos sean más bajos de lo que serían si la señal estuviera centrada alrededor de tierra. Tenga en cuenta que la señal está acoplada capacitivamente a la puerta. Se trata de un JFET, por lo que las señales negativas de la puerta son significativas.

La descripción que citas parece un disparate. El efecto general del diodo puede ser reducir el contenido armónico de las oscilaciones resultantes, pero el diodo en sí no "limpia" mágicamente la señal. Al reducir el nivel de CC de la señal en la puerta, es posible que el FET funcione más en su región lineal, lo que reduciría el contenido armónico resultante. Pero eso dista mucho de que el diodo "limpie" la señal. Como mucho se puede decir que el diodo desplaza la CC para que el FET pueda manejar la señal de forma más limpia.

Answer 2

En cualquier diseño de oscilador lineal hay que asegurarse de que la ganancia no sea mucho mayor de lo necesario para que se inicie la oscilación. Lo ideal sería tener una ganancia de bucle de 1, pero en realidad se necesita una ganancia de bucle ligeramente superior a 1 para tener en cuenta la variabilidad de los componentes. Eso es una condición de oscilación exponencialmente creciente no estable, que tiene que ser limitada de alguna manera.

Para lograrlo, todos los diseños de osciladores lineales se basan en algún nivel de no linealidad para garantizar que la ganancia del bucle se reduzca a un valor ligeramente inferior a 1 en la amplitud de salida deseada; normalmente se trata de una reducción suave para evitar introducir demasiada distorsión. La ubicación de esta no linealidad es lo que define la amplitud de salida. Si la ganancia de bucle es muy superior a 1, la onda sinusoidal se aplanará, ya que la energía de los elementos de almacenamiento, debido a la excesiva ganancia de bucle, acabará sobrecargando la entrada.

En ese diseño, a medida que se aumenta la frecuencia, C1 acopla más y más de la salida a la entrada del amplificador, aumentando así la ganancia del bucle. Por eso se ven distorsiones sin el diodo. Podrías haber reducido la distorsión a frecuencias más altas simplemente reduciendo C1, pero entonces no oscilaría a frecuencias más bajas.

El diodo, al conducir en los picos positivos de la señal hace dos cosas:

1. Recorta el "bias" positivo máximo del JFET, asegurando que la corriente global se reduce, y limitando así la ganancia del amplificador.
2. Presenta una resistencia no lineal a masa, creando un divisor de tensión con C1 que reduce la ganancia de realimentación a frecuencias más altas.

Answer 3

Según este vídeo Los osciladores Hartley y Colpitts con demostración (AD# 103) el diodo está ahí para limitar la retroalimentación.

Answer 4

El diodo hará que el voltaje de la fuente se vuelva negativo, lo que reduce la ganancia total a "lo justo" para mantenerla oscilante y reducir así el contenido armónico. ¡He visto esto reducir el tercer armónico en un oscilador xtal en más de 40 dB!